О ДИНАМИКЕ ПЕРЕНОСА ШАГАЮЩИХ ДВИЖИТЕЛЕЙ ПОДВОДНЫХ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ

Е. С. Брискин; Я. В. Калинин; М. В. Мирошкина

Е. С. Брискин Волгоградский государственный технический университет
Я. В. Калинин Волгоградский государственный технический университет
М. В. Мирошкина Волгоградский государственный технический университет

Ключевые слова: Подводный мобильный робот, многоногая шагающая машина, походка многоногого шагающего робота, критерий оптимальности энергозатрат, энергозатраты, средне-квадратичное ускорение

Аннотация

Рассматривается задача определения программных режимов движения шагающих движителей подводных мобильных роботов на этапе их переноса в новое положение и при преодолении препятствий. Препятствия рассматриваются в форме выступа, известной высоты, бесконечно малой длины и расположенного на определенном расстоянии от места отрыва стопы от грунта. Идентификация препятствий осуществляется информационно-измерительной системой. Анализируются методы формирования программного режима движения переносимой стопы и ставится задача его определения на основе инфор-мации о профиле грунта. Обсуждаются методы, позволяющие исключить ударное взаимо-действие и проскальзывание стоп на грунте. Составляются дифференциальные уравнения движения переносимой стопы, учитывающие силы сопротивления среды. Силы сопротив-ления принимаются линейно зависящими от скорости, физико-механические свойства сре-ды при отрыве от него стопы не учитываются. Движение корпуса рассматривается как поступательное с прямолинейным и равномерным движением центра масс. Формируется критерий оптимальности движения переносимой стопы как материальной точки, со-стоящий из нескольких интегральных показателей качества движения (уровень тепловых потерь в приводных двигателях, среднеквадратичные горизонтальное и вертикальное ус-корения стопы движителя и др.). Решается вариационная задача на двух этапах движе-ния. Первый этап – до достижения препятствия, второй этап – после преодоления пре-пятствия до постановки на грунт. Обосновывается расширение вариационной задачи оп-ределения минимума показателей качества как функций, зависящих от параметров движения: времени достижения препятствия и скорости переноса стопы через препятствие. Поставлена и решена модельная задача и проанализированы результаты. Установлены закономерности влияния скорости и режимов движения стопы на показатели качества движения. Определение программного режима основывается на выборе критерия оптимальности, составленного из различных интегральных показателей качества движения. Представлены графики изменения показателей качества, зависящие от скорости движения. Их характерной особенностью является – снижение эффективности движения с ростом скорости. Поэтому режим движения следует выбирать на основе компромисса между скоростью и учитываемыми показателями.

Литература

1. Artobolevskiy I.I., Umnov N.V. Nekotorye problemy sozdaniya shagayushchikh mashin [Some problems of creating walking machines], Vestnik AN SSSR [Bulletin of the Academy of Sci-ences of the USSR], 1969, No. 2, pp. 44.
2. Okhotsimskiy D.E., Golubev Yu.F. Mekhanika i upravlenie dvizheniem avtomaticheskogo shagayushchego apparata [Mechanics and motion control of an automatic walking device]. Moscow: Nauka. Fizmatlit, 1984, 312 p.
3. Briskin E.S., Chernyshev V.V., Maloletov A.V. i dr. Sravnitel'nyy analiz kolesnykh, gusenichnykh i shagayushchikh mashin [Comparative analysis of wheeled, tracked and walk-ing machines], Robototekhnika i tekhnicheskaya kibernetika [Robotics and technical Cybernet-ics], 2013, Vol. 1, No. 1, pp. 6-14.
4. Pavlovskiy V.E. O razrabotkakh shagayushchikh mashin [On the development of walking ma-chines], Preprint IPM im. M.V. Keldysha [Keldysh Institute Preprints], 2013, No. 101, pp. 1-32.
5. Golubev Yu.F., Koryanov V.V. Postroenie dvizheniy insektomorfnogo robota, preodolevayushchego kombinatsiyu prepyatstviy s pomoshch'yu sil kulonovskogo treniya [The construction of movements insectborne robot that overcomes a combination of obstacles with the help of the forces of coulomb friction], Izvestiya RAN. Teoriya i sistemy upravleniya [Izvestiya RAS. Theory and control systems], 2005, No. 3, pp. 143-155.
6. Golubev Yu.F., Korianov V.V., Pavlovsky V.E., Panchenko A.V. Maneuvering SixLegged Ro-bot: Model and Prototype, Tr. III-go rossiysko-tayvan'skogo Simpoziuma "Sovremennye problemy intellektual'noy mekhatroniki, mekhaniki i upravleniya". 7-11. 11. 2012, MGU [Pro-ceedings of the III Russian-Taiwanese Symposium "Modern problems of intellectual mecha-tronics, mechanics and control". 7-11. 11. 2012, Moscow state University], ed. by Yu.M. Okuneva. Moscow: Izd-vo MGU, 2012. CD, pp. 69-81.
7. Golubev Yu.F., Korianov V.V., Pavlovsky V.E., Panchenko A.V. Motion control for the 6-legged robot in extreme conditions, Proc. of the 16th Int. Conf. CLAWAR-2013. 14-17 July 2013, Sydney, Australia, pp. 427-434. 8. Nonami K. et al. Hydraulically Actuated Hexapod Robots: Design, Implementation and Con-trol, Intelligent Systems, Control and Automation: Science and Engineering 66, Springer Japan 2014, 277 p.
9. RHex – Devours Rough Terrain. Available at: http://www.bostondynamics.com/ ro-bot_rhex.html. 10. Walking Tractor Timberjack by John Deere. Available at: http://www.theoldrobots.com/ Walking-Robot2.html. 11. SIL06 – шестиногий робот-миноискатель. Available at: http://www.dailytechinfo.org/ mili-tary/589-sil06-shestinogij-robot-minoiskatel.html. 12. I.C. Hexapod. Available at: http://www.micromagicsystems.com/#/ic-hexapod/4525033632.
13. Robot-nasekomoe po imeni Hector delaet svoi pervye shagi [A robot insect named Hector takes its first steps]. Available at: http://www.dailytechinfo.org/robots/6573-robot-nasekomoe-po-imeni-hector-delaet-svoi-pervye-shagi.html. 14. CHEETAH – Fastest Legged Robot. Available at: http://www.bostondynamics.com/robot_ cheetah.html. 15. BigDog – The Most Advanced Rough-Terrain Robot on Earth. Available at: http://www.bostondynamics.com/robot_bigdog.html. 16. RiSE: The Amazing Climbing Robot. Available at: http://www.bostondynamics.com/ ro-bot_rise.html. 17. Meet Prospero: Robo-Farmer on Six Legs. Available at: http://news.discovery.com/ tech/robotics/swarm-bots-111221.htm. 18. HexCrawler Robot. Available at: http://www.robotbooks.com/hexcrawler.htm.
19. Nakano E. Vvedenie v robototekhniku [Introduction to robotics]. Moscow: Mir, 1988, 334 p.
20. Briskin E.S., Sobolev V.M. Tyagovaya dinamika shagayushchikh mashin s ortogonal'nymi dvizheniyami [Traction dynamics of walking machines with orthogonal movements], Problemy mashinostroeniya i nadezhnosti mashin [Problems of mechanical engineering and machine reliability], 1990, No. 3, pp. 28-34.
21. Zhoga V.V. Sistema pokazateley kachestva shagayushchikh transportnykh mashin [System of quality indicators for walking transport vehicles], Spravochnik. Inzhenernyy zhurnal s prilozheniem [Guide. Engineering magazine with app], 1997, No. 5, pp. 52-54.
22. Maloletov A.V., Briskin E.S. Optimizatsiya struktury, parametrov i rezhimov dvizheniya shagayushchikh mashin so sdvoennymi dvizhitelyami: monografiya [Optimization of the structure, parameters and modes of movement of walking machines with twin engines: mono-graph]. Volgograd: VolgGTU, 2015, 174 p.
23. Sobol' I.M., Statnikov R.B. Vybor optimal'nykh parametrov v zadachakh so mnogimi kriteriyami: ucheb. posobie dlya vuzov [Choosing optimal parameters for problems with many criteria: a textbook for universities]. Moscow: Drofa, 2006.
24. Briskin E.S. Ob upravlenii pokhodkoy shagayushchey mashiny «Vos'minog» [On managing the gait of the walking machine "Octopus"], Mekhanika. Avtomatizatsiya. Upravlenie [Me-chanics. Automation. Management], 2008, No. 5, pp. 6-10.
25. Briskin E.S., Kalinin Ya.V. Ob energeticheski effektivnykh algoritmakh dvizheniya shagayushchikh mashin s tsiklovymi dvizhitelyami [On energy-efficient algorithms for the movement of walking machines with cyclic engines], Izvestiya RAN. Teoriya i sistemy upravleniya [Izvestiya RAS. Theory and control systems], 2011, No. 2, pp. 170-176.
26. Beletskiy V.V. Dinamika dvunogoy khod'by [Dynamics of two-legged walking], Izvestiya AN SSSR. MTT [Proceedings of the Russian Academy of Sciences. Solid mechanics], 1975, No. 3, pp. 3-13.
27. Briskin E.S., Kalinin Ya.V., Maloletov A.V. i dr. Ob upravlenii adaptatsiey ortogonal'nykh shagayushchikh dvizhiteley k opornoy poverkhnosti [On managing the adaptation of orthogo-nal walking thrusters to the reference surface], Izvestiya RAN. Teoriya i sistemy upravleniya [Izvestiya RAS. Theory and control systems], 2017, No. 3, pp. 184-190.
28. Briskin E.S., Smirnaya L.D. Ob otryve stopy shagayushchego dvizhitelya mobil'nogo podvodnogo robota ot grunta [On the separation of the foot of the walking mover of a mobile underwater robot from the ground], Robototekhnika i tekhnicheskaya kibernetika [Robotics and technical Cybernetics], 2019, Vol. 7, No. 3, pp. 215-223.
29. Chernyshev V.V., Arykantsev V.V. Struktura energozatrat shagayushchikh mashin i robotov pri realizatsii bol'shikh tyagovykh usiliy [Structure of energy consumption of walking machines and robots when implementing large traction forces], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [.Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2019, No. 1 (203), pp. 6-18.
30. El'sgol'ts L.E. Variatsionnoe ischislenie [Calculus of variations]. Moscow: URSS, 2019, 208 p.